MX2015006292A - Turbina eolica y metodo para operar una turbina eolica. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un método para operar una turbina eólica (1) con un rotor (6) con cuchillas de rotor (8) con un eje de rotación esencialmente horizontal para generar energía eléctrica a partir de energía eólica. De conformidad con la invención, se propone que la turbina eólica (1) se oriente de forma tal que la posición azimutal de la turbina eólica (1) se desvíe de una orientación al viento (16) en un ángulo de compensación azimutal y/o de forma tal que el ángulo de las cuchillas de rotor (8) se ajuste en el ciclo para reducir las cargas alternas condicionadas por un perfil de altura del viento (16).

Description

TURBINA EÓLICA Y MÉTODO PARA OPERAR UNA TURBINA EÓLICA Campo de la Invención La presente invención se refiere a un método para la operación de una turbina eólica para generar energía eléctrica a partir de la energía eólica. La presente invención se refiere además a una turbina eólica correspondiente con un rotor con cuchillas de rotor con un eje de rotación sustancialmente horizontal.

Antecedentes de la Invención Las turbinas eólicas son conocidas en general y el tipo de turbina eólica que se encuentra actualmente con mayor frecuencia es una así llamada turbina eólica de eje horizontal. En éstas un rotor con cuchillas de rotor gira alrededor de un eje de rotación sustancialmente horizontal. El eje de rotación puede estar levemente inclinado, por ejemplo, en algunos grados, no obstante se denomina igualmente en la téenica correspondiente eje horizontal, es decir, para diferenciarlo de otros tipos de instalaciones completamente diferentes, como por ejemplo, un así llamado rotor Darrieus.

El rotor de una turbina eólica de eje horizontal de este tipo comprende un plano de rotor o superficie de rotor sustancialmente vertical. Esta superficie del rotor se extiende también en gran medida en turbinas eólicas modernas Ref . 256425 en dirección vertical. Cada cuchilla de rotor alcanza entonces durante una rotación con la punta de la cuchilla una vez en una posición de 6 horas, el punto más bajo de esta superficie del rotor y en la posición de 12 horas, el punto más alto de esta superficie de rotor. Este punto más alto puede encontrarse eventualmente varias veces más alto que el punto más bajo. Por ejemplo, una turbina eólica de ENERCON del tipo E-82 presenta un diámetro de rotor de 82 m y hay una variante, en la cual la altura del cubo, es decir, la altura axial o el punto central de la superficie del rotor está ubicada a la altura de 78 m. El punto más bajo se encuentra aquí entonces a una altura de 37 m y este punto más alto a una altura de 119 m. El punto más alto se encuentra por lo tanto más de tres veces más alto que el punto más bajo. Aún con alturas de cubo mayores existe una gran diferencia de altura entre el punto más bajo y el punto más alto de la superficie del rotor.

Considerando puntos de vista prácticos debe tenerse en cuenta que el viento presenta un perfil de altura natural, de conformidad con esto el viento -para alturas relevantes-es más intenso o fuerte a mayor altura. La diferencia de altura de la superficie del rotor que está comprendida lleva por lo tanto a que se encuentre con un viento de diferente fuerza. De manera correspondiente, el viento en el punto más bajo es más débil y en el punto más alto es más fuerte. En otras palabras, se puede decir que las turbinas eólicas son impactadas por corrientes tangenciales de mayor o menor intensidad dentro de la capa límite atmosférica. Esto se puede denominar perfil de altura del viento y este perfil de altura del viento causa durante la operación de una turbina eólica una fluctuación del ángulo de ajuste local en la cuchilla de rotor, de modo que pueden aparecer esfuerzos variables indeseados y un momento de giro no homogéneo. También pueden aparecer mayores emisiones de ruido por las distintas corrientes en la cuchilla de rotor.

Se señala que la presente observación tiene en cuenta particularmente estos problemas con respecto al perfil de altura del viento y se refiere a estos. Naturalmente también los vientos con diferentes turbulencias pueden dificultar las diferentes observaciones. Estos problemas se dejan de lado aquí, sin embargo, porque frecuentemente pueden no ser tomados en cuenta y, si no pueden dejar de ser tomados en cuenta, requieren una observación especial, que no es el objeto de la presente.

Para tratar este problema o estos problemas, se ha propuesto ya en el documento US 6,899,523 un diseño de cuchilla que presenta diferentes secciones, las que están diseñadas para diferentes velocidades específicas. Del documento US 2010/0290916 se conoce un así llamado diseño de cuchilla integral, en el cual la cuchilla de rotor está diseñada de tal modo que además de un ángulo de ajuste o ángulo de ataque en lo posible grande, posee además un número de planeo satisfactorio. Se propuso por consiguiente en lo posible no optimizar la cuchilla con respecto a un sólo ángulo de ajuste en lo posible óptimo, sino más bien posibilitar un sector un poco más grande, con respecto al ángulo de ajuste, aun cuando el número de planeo no fuera el más óptimo para un ángulo de ajuste óptimo.

Con el tamaño creciente de las turbinas eólicas también pueden aumentar las diferencias por el perfil de altura del viento y con ello los problemas correspondientes.

La Oficina de Patentes y Marcas de Alemania ha investigado en la solicitud de prioridad de la presente solicitud el siguiente estado de la téenica: US 6,899,523 B2, US 2010/0074 748 Al, US 2010/0078 939 Al, US 2010/0092 288 Al, US 2010/0290 916 Al y BOSSANYI, E. A.: Individual Blade Pi tch Control for Load Reduction . En: Wind Energy, Vol. 6, 2003, págs.119-128. - Online-ISSN: 1099-1824.

Breve Descripción de la Invención La presente invención tiene por lo tanto el objeto de solucionar por lo menos uno de los problemas mencionados. En particular debe proponerse una solución por medio de la cual se puedan reducir los esfuerzos producidos por el perfil de altura del viento, se puedan reducir las emisiones de ruido y/o se pueda aumentar el rendimiento. Por lo menos se debe proponer una solución alternativa.

De conformidad con la invención se propone un método de conformidad con la reivindicación 1.

Por consiguiente, se opera una turbina eólica que presenta un rotor aerodinámico con cuchillas de rotor con un eje de rotación sustancialmente horizontal, para generar energía eléctrica a partir de energía eólica.

La turbina eólica se orienta para ello de tal modo que la posición azimutal de una orientación directa hacia el viento es diferente en un ángulo de compensación azimutal. Hasta ahora las turbinas eólicas se orientaban con su posición azimutal directamente hacia el viento, para poder aprovechar el viento en forma óptima. Se propone ahora sin embargo, desplazar la posición azimutal u orientación azimutal de la turbina eólica conscientemente en forma contraria a esta orientación óptima con respecto al viento, es decir, en el ángulo de compensación azimutal. Se reconoce que por este desplazamiento azimutal se pueden reducir los esfuerzos variables sobre las cuchillas de rotor debido al perfil de altura del viento. Las cuchillas de rotor ya no se mueven entonces completamente en ángulo recto con respecto al viento, sino levemente inclinadas con respecto al viento. Realizando en forma adecuada este desplazamiento azimutal, esto significa que cada cuchilla de rotor, por este movimiento inclinado con respecto al viento en la parte superior de la superficie del rotor se mueve un poco alejado del viento y luego en la parte inferior se mueve un poco hacia el viento.

De conformidad con una modalidad, se propone que la turbina eólica, con respecto a una vista de la turbina eólica hacia el viento, se desvíe hacia la derecha de la orientación hacia el viento o que en su posición azimutal con respecto a una vista desde arriba sobre la turbina eólica se desvíe en el sentido horario en la orientación hacia el viento. La turbina eólica se desplaza por lo tanto en su posición azimutal hacia la derecha. Esto está relacionado con la dirección de giro del rotor, el que comúnmente desde la vista de la turbina eólica, gira hacia la izquierda o de una vista desde adelante, es decir, de conformidad con la determinación de la orientación del viento sobre la turbina eólica gira hacia la derecha. Si una turbina eólica, a diferencia de esta orientación de giro usual de la vista de la turbina eólica, gira hacia la derecha, o desde una vista desde adelante, es decir de conformidad con la determinación de la orientación del viento sobre la turbina eólica, gira hacia la izquierda, también debería adaptarse el desplazamiento azimutal propuesto.

Un ángulo de compensación azimutal en el intervalo de 0.5° a 3.5° puede provocar ya efectos ventajosos, es decir, una distribución más uniforme de los esfuerzos sobre la cuchilla, es decir, una disminución de los esfuerzos variables. Preferentemente, este intervalo se encuentra entre 1° y 3° y especialmente se propone un intervalo de 1.5° a 2.5°, lo que ha demostrado efectos muy positivos en las pruebas. Tales valores comparativamente reducidos también tienen la ventaja de que no hay que calcular una disminución del rendimiento por el ajuste no óptimo del ángulo azimutal. En una primera modalidad se describe una función del rendimiento con respecto al ajuste del ángulo azimutal al viento por una función coseno. Esto es, para el ángulo 0, es decir, una orientación óptima, se tiene el valor máximo 1, el cual con reducidas desviaciones del ángulo con respecto a cero casi no se reduce, como se conoce de la función coseno.

De conformidad con una modalidad se propone que el ángulo de compensación azimutal se elija en función de la velocidad del viento imperante. Así, por ejemplo, con un viento débil, se puede elegir un ángulo de compensación azimutal más pequeño, para desplazar la turbina eólica sólo menos de una orientación óptima directamente hacia el viento, debido a que, por ejemplo, con vientos débiles, el esfuerzo absoluto es menor y por lo tanto también los esfuerzos variables tienen menor efecto, en particular producen menos efectos de fatiga. La velocidad del viento imperante puede ser captada para ello, por ejemplo, por medio de un anemómetro en la turbina eólica o por otro método.

Adicionalmente o alternativamente se propone que el ángulo de la cuchilla de rotor correspondiente sea desplazado en forma cíclicamente rotativa de tal modo que por el perfil de altura del viento se reduzcan los esfuerzos variables. El ángulo de la cuchilla se refiere aquí al ángulo de ajuste de las cuchillas de rotor, el cual también se denomina ángulo de paso. El ángulo de la cuchilla se puede desplazar para ello en particular de tal modo que en el sector superior de la superficie del rotor se desplaza un poco apartándose del viento y en el sector inferior de la superficie de rotor se desplaza un poco hacia el viento. Esto debe realizarse en particular en forma cíclicamente rotativa, es decir, no basándose en mediciones continuas y por lo tanto, en lo posible no en forma de una regulación, sino por valores fijos, que son asignados a cada posición de rotación o sectores de la posición de rotación de cada cuchilla.

Para ello esta modalidad puede considerar otros parámetros, tales como la velocidad del viento imperante, la dependencia del sitio, la dirección del viento, la época del año y el momento del día. Una medición continua del esfuerzo de la cuchilla, como por ejemplo, por medio de una medición de la flexión de la cuchilla puede omitirse. De manera correspondiente también se evitan posibles problemas de estabilidad por una regulación, si bien el uso de una regulación también puede ser una opción del cambio.

La reducción de los esfuerzos variables por un desplazamiento cíclicamente rotativo del ángulo de cuchilla de las cuchillas se puede orientar con respecto a valores medidos calculados previamente, o valores calculados anteriormente o valores de la experiencia en éstas u otras instalaciones. De manera correspondiente, se realiza un ajuste individual del ángulo de la cuchilla para cada cuchilla de rotor individualmente. El ajuste individual se puede realizar para ello de tal modo que para cada cuchilla se usa una función de ajuste idéntica, pero desplazada con respecto a la cuchilla siguiente en 120° cuando la turbina eólica tiene por ejemplo tres cuchillas de rotor. Es importante aquí que cada cuchilla de rotor posea un mecanismo de ajuste del rotor propio de la cuchilla de rotor.

De conformidad con una modalidad se propone que el ángulo de la cuchilla sea ajustado en forma cíclicamente rotativa de tal modo que el ángulo de ataque se mantenga en lo posible constante. Esto se propone de manera correspondiente para cada cuchilla de rotor individualmente. El ángulo de ataque es aquí aquel con el cual el viento aparente impacta sobre la cuchilla de rotor en la punta de la cuchilla. En lugar de la punta de la cuchilla, o adicionalmente, también se puede considerar un sector en el tercio exterior de la cuchilla de rotor, en particular a 70%, 75%, 80% o un sector entre 70% y 80% de la longitud de la cuchilla de rotor, medida desde el eje del rotor. El viento aparente es aquí la adición vectorial del viento verdadero con el viento de movimiento contrario, el cual se produce por la rotación del rotor y con ello se presenta al movimiento de la punta de la cuchilla. Este viento aparente varía, como se describió al comienzo, con la altura, tanto con respecto a su amplitud como también con respecto a su ángulo. Se propone girar la cuchilla de tal modo que se adecúe en el sector de la punta de la cuchilla a la dirección del viento aparente. La cuchilla de rotor se gira por consiguiente en la posición de las 12 horas, cuando la cuchilla de rotor está ubicada perpendicularmente hacia arriba, un poco más fuerte hacia el viento, que cuando se encuentra en la posición de las 6 horas, es decir, completamente hacia abajo. Los valores intermedios se calculan de manera correspondiente. De este modo, se obtiene no sólo una adecuación o adecuación parcial deseable en la téenica de los fluidos a la dirección del viento aparente, sino que la rotación más fuerte en el viento en la cuchilla de rotor en la posición de las 12 horas, es decir, en general en el sector superior, también produce una mejor captación de los esfuerzos de la cuchilla de rotor.

Otra modalidad de la invención propone que el ángulo de la cuchilla de cada cuchilla de rotor sea ajustada en función de su posición de rotación correspondiente de conformidad con valores predeterminados, en donde en particular los valores predeterminados fueron registrados en una tabla y/o son prefijados por una función dependiente de la posición de rotación. De este modo se propone un control del ángulo de la cuchilla de cada cuchilla de rotor individualmente dependiendo de la posición de rotación correspondiente de esta cuchilla de rotor. La posición del rotor y con ello por lo menos, según un cálculo simple, la posición de cada cuchilla de rotor, durante la operación de una turbina eólica es frecuentemente conocida o se puede calcular de manera sencilla. Partiendo de esto se ajusta cada ángulo de cuchilla de rotor de conformidad con valores predeterminados, sin que se requiera una medición. Los valores predeterminados pueden ser registrados en una tabla, la que fue preparada o calculada o realizada por una simulación. Una tabla de este tipo puede considerar también otros parámetros, como por ejemplo, la velocidad del viento o perfiles de altura referidos al sitio de ubicación, dependientes de la dirección del viento.

Una variante adicional o alternativa es prefijar este ajuste de cuchilla cíclico rotativo con base en una función. Por ejemplo, los ángulos de la cuchilla de rotor al, a2 y a3 para el ejemplo de una turbina eólica con tres cuchillas de rotor pueden ser predeterminados por las siguientes funciones: al = aN+cos(p) · aA a2 = aN+cos(b+120°) · aA a3 = aN+cos(b+240°) · aA Aquí aN describe un ángulo de cuchilla calculado o predeterminado, el cual es calculado como se realiza usualmente en el estado de la téenica, es decir, sin considerar un perfil de altura del viento. El ángulo b describe la posición de rotación de la cuchilla de rotor, en donde b = 0o corresponde a una posición de 12 horas de la cuchilla de rotor. aA es el ángulo de compensación de la cuchilla.

Preferentemente, el ángulo de la cuchilla es controlado individualmente y en función de la velocidad del viento imperante, en particular de tal modo, que sea controlado en función de la velocidad del viento imperante y de la posición de rotación de la cuchilla de rotor correspondiente. La consideración de los dos parámetros de influencia puede realizarse, por ejemplo, por medio de una tabla bidimensional, la que presenta ángulos de cuchilla correspondientes, los que son registrados en función de la posición de rotación y del viento imperante. Otra posibilidad es que se realice un cálculo de conformidad con las ecuaciones arriba indicadas, en donde el ángulo de compensación aA depende de la velocidad del viento imperante y se ajusta en función de ésta, por ejemplo, por medio de una función correspondiente o a través de valores de la tabla determinados previamente, para mencionar sólo dos ejemplos.

Preferentemente se determina previamente de este modo, como ya se indicó más arriba, durante la operación, un ángulo normal de la cuchilla de rotor común para todas las cuchillas de rotor y cada cuchilla de rotor individual se varía con respecto a su posición de rotación por este ángulo de cuchilla de rotor normal, en particular dentro de un intervalo del ángulo de la cuchilla predeterminado. Una posibilidad para realizar esto es el uso de las ecuaciones indicadas más arriba, de conformidad con las cuales el ángulo de la cuchilla de rotor varía por el ángulo de compensación ± aA. De manera correspondiente, en el ejemplo se produce una variación dentro del intervalo [aN- aA; aN+ aA].

De conformidad con otra modalidad se propone que la turbina eólica funcione en un punto de perfil de funcionamiento que se aparta de un punto de operación normal. El punto de operación normal es aquí, en particular en el sector de esfuerzo parcial, uno que presenta un ángulo de cuchilla normal diseñado para el viento imperante, pero sin considerar un perfil del viento y además presenta una orientación normal de la posición azimutal, en la cual la turbina eólica está girada directamente hacia el viento. El punto de perfil de funcionamiento prevé una posición azimutal de perfil que se desvía por un ángulo de compensación azimutal de la orientación normal. Además prevé un ángulo de la cuchilla de perfil que se aparte del ángulo de la cuchilla normal por un ángulo de compensación de la cuchilla. Se propone por lo tanto combinar un ajuste de la posición azimutal y del ángulo de la cuchilla, es decir, realizarlos simultáneamente para reducir un esfuerzo.

Preferentemente, se elige un primer perfil de funcionamiento, en el cual el ángulo de compensación de la cuchilla está dirigido en forma contraria al ángulo de compensación azimutal referido a una posición de 12 horas de la cuchilla de rotor correspondiente. En la posición de 12 horas, la cuchilla de rotor está desviada por lo tanto sólo muy poco con respecto al funcionamiento normal, porque los dos ángulos se compensan aquí por lo menos parcialmente. Debe tenerse en cuenta que la desviación del ángulo azimutal y del ángulo de la cuchilla de rotor puede llevar a efectos muy diferentes, de modo que a pesar de la compensación parcial se puede obtener una sinergia de efecto positivo para el esfuerzo.

De conformidad con otra modalidad, se propone un perfil de funcionamiento, en el cual el ángulo de compensación de la cuchilla y el ángulo de compensación azimutal ajusta la cuchilla de rotor con respecto a una posición de 12 horas de la cuchilla de rotor correspondiente en la misma dirección. De acuerdo a esto, la combinación de ambos ángulos aumenta aquí el ángulo de la cuchilla ajustado efectivamente en la posición de 12 horas. También esta superposición positiva de ambos ajuste de ángulos puede llevar a una sinergia que reduce los esfuerzos.

Preferentemente, se realiza entre el ángulo de compensación azimutal y el ángulo de compensación de cuchilla una ponderación, de modo que el valor del ángulo de compensación azimutal es mayor por un factor de ponderación azimutal que el valor del ángulo de compensación de cuchilla, o el valor del ángulo de compensación de cuchilla es mayor por un factor de ponderación de cuchilla que el valor del ángulo de compensación azimutal, en donde el factor de ponderación azimutal y el factor de ponderación de cuchilla son en cada caso mayores que 1.2, preferentemente mayores que 1.5 y en particular mayores que 2. Se tiene en cuenta por lo tanto que con respecto a una posición de 12 horas, ambos ángulos de ajuste, es decir, el ángulo de compensación azimutal y el ángulo de compensación de cuchilla presentan valores diferentes. Se evita en particular que no se produzca un ajuste de la cuchilla efectivamente con respecto a la posición de 12 horas.

Se propone por lo tanto un método que resuelve o reduce problemas por un perfil de altura del viento mediante el ajuste de la posición azimutal de la turbina eólica y adicionalmente u opcionalmente se ajusta la cuchilla de rotor en su ángulo de cuchilla. Un perfil de altura del viento puede llevar a una variación del ángulo de ataque en la cuchilla de rotor, en función de la posición de la cuchilla de rotor. El ángulo de diferencia lleva a diferentes valores de coeficientes de empuje.

El perfil de altura del viento concreto también puede depender del sitio, la dirección y la época del año, y las medidas de compensación propuestas pueden depender del perfil de altura concreto. Preferentemente se propone, realizar el ajuste azimutal y/o el ajuste de cuchilla en función de este perfil de altura. En particular, se propone elegir el ángulo de compensación azimutal en función del perfil de altura y adicionalmente o alternativamente elegir el ángulo de compensación de cuchilla en función del perfil de altura.

Para una modificación cíclica de rotación del ángulo de la cuchilla de cada cuchilla de rotor se propone especialmente que ésta se realice en función de una curva continua, en donde esta curva o línea característica presenta básicamente en forma continua para cada posición de una rotación de la cuchilla de rotor correspondiente un ángulo de cuchilla de rotor.

El registro de los valores correspondientes en una tabla y/o la consideración en un contexto funcional se da preferentemente también en función del sitio, de la época del año, de la dirección y de la altura, y/o en función de las turbulencias imperantes.

Tales valores registrados de antemano, ya sea en una tabla, en un contexto funcional o de otro modo, pueden ser adaptados adicionalmente o alternativamente en el sitio, por ejemplo, por téenica de medición, en particular se propone una adecuación adaptativa.

Breve Descripción de las Figuras A continuación se explicará con mayores detalles la invención ilustrativamente con base en los ejemplos de realización con referencia a las figuras adjuntas.

La Figura 1 muestra una turbina eólica esquemáticamente en una representación en perspectiva.

La Figura 2 muestra un perfil de altura ilustrativo del viento con referencia a una turbina eólica representada esquemáticamente.

La Figura 3 muestra en un diagrama ilustrativamente un ángulo de ajuste o ángulo de ataque dependiente del ángulo de rotación inclusive la compensación de una cuchilla de rotor.

La Figura 4 muestra ilustrativamente un ángulo de ajuste o ángulo de ataque local dependiente del ángulo de rotación en un diagrama para diferentes ajuste azimutales.

Descripción Detallada de la Invención La Figura 1 muestra una turbina eólica 100 con una torre 102 y una góndola 104. En la góndola 104 se encuentran ubicados un rotor 106 con tres cuchillas de rotor 108 y un spinner o cubo 110. El rotor 106 se pone en funcionamiento por el viento en un movimiento de rotación y acciona de este modo un generador en la góndola 104.

Las Figuras 2 a 4 muestran en forma simplificada valores calculados o simulados.

La Figura 2 muestra una turbina eólica 1 ilustrativa con una altura de cubo de aproximadamente 85 m. La turbina eólica presenta una góndola 4 con un rotor 6 con cuchillas de rotor 8. La turbina eólica 1 se encuentra con su torre 2 sobre un suelo, cuya altura se fija como 0 m y por consiguiente es el valor de referencia para la altura.

Las cuchillas de rotor 8 comprenden un campo de rotor, que está limitado por un círculo de rotor, y que alcanza desde una altura más baja 12 de 44 m a una altura más alta 14 de aproximadamente 126 m.

Además se muestra un perfil de altura del viento 16, que muestra la velocidad del viento V2 en función de la altura z2. La velocidad del viento V2 en [m/s] se indica en la abscisa y la altura z2 con la unidad [m] en la ordenada. El perfil de altura 18, que está ubicado dentro del círculo del rotor, es decir, entre la altura más baja 12 y la altura más alta 14, se representa en la Figura 2 en negrita.

La velocidad del viento alcanza por lo tanto desde la altura más baja 12 hasta la altura más alta 14, en donde a la altura de la altura más baja 12 alcanza un valor de un poco más de 7 m/s. En la altura más alta 14 la velocidad del viento alcanzó aproximadamente el valor de 11,6 m/s. Aquí se obtiene por lo tanto un coeficiente de altura de aproximadamente 1.6.

El diagrama de la Figura 2 muestra un perfil de altura del viento con un exponente de altura de a=0.5.

Con respecto al ejemplo presentado en la Figura 2 del perfil de altura del viento y de la turbina eólica 1, la Figura 3 muestran en función del ángulo de rotación de la cuchilla de rotor correspondiente el ángulo de ajuste local, es decir, el ángulo de ajusto real con respecto al viento aparente allí presente o calculado. En la abscisa del diagrama se indica el ángulo de rotación de la cuchilla de rotor en grados, en donde 0o o 360° corresponde a una posición de 12 horas de la cuchilla de rotor. El ángulo de ajuste local 20, que indica el ángulo de ataque con respecto al viento aparente presente o calculado, se modifica de 9.4° en la posición de las 12 horas hasta 5.7° en la posición de las 6 horas, la que se encuentra de manera correspondiente en un ángulo de rotación de 180°. Los ángulos del ángulo de ajuste local están dibujados ilustrativamente en el diagrama en la ordenada izquierda.

Se propone ahora desplazar el ángulo de la cuchilla de rotor en función del ángulo de rotación de la cuchilla de rotor de tal modo que el ángulo de ajuste tome en lo posible un valor constante, que en lo posible sobre todo el perímetro, es decir, para todo el espectro de 0 a 360° del ángulo de rotación de la cuchilla de rotor el ángulo de ataque sea constante. Para ello, de conformidad con una modalidad se propone usar un ángulo de compensación de cuchilla individual 22, el cual también se puede denominar ángulo de compensación de cuchilla. El ángulo de compensación de cuchilla 22 varía sobre el ángulo de rotación de la cuchilla de rotor aproximadamente de -1.8 a +1.8° y sus valores están indicados en el diagrama de acuerdo al desarrollo de la Figura 3 en la ordenada derecha. Debe considerarse que el aumento del ángulo de compensación de cuchilla de conformidad con la ordenada derecha se diferencia en un factor 2 del aumento del ángulo de ajuste local de conformidad con la ordenada izquierda. Por medio de la aplicación de este ángulo de compensación de cuchilla 22 se puede compensar el ángulo de ajuste local idealmente de tal modo que puede tomar un valor medio como valor constante, en donde el valor concreto naturalmente depende de las condiciones marco concretas, en particular de la turbina eólica concreta. El ángulo de ajuste local compensado 24 está ingresado de manera correspondiente en el diagrama de la Figura 3 como horizontal. El resultado de un ángulo de ajuste local exacto, constante, compensado, se puede calcular en forma matemática y puede variar en la realidad.

La variación del ángulo de ataque en la cuchilla de rotor con base en el perfil de altura del viento también puede ser denominado fluctuación del ángulo de ajuste local la cuchilla de rotor y debe reducirse o en lo posible evitarse completamente. En las cuchillas de rotor fijas en un sitio, en el cubo del rotor de una turbina eólica, se produce por lo tanto durante la operación una fluctuación del ángulo de ajuste local, la que se muestra por medio de la línea característica 20 del ángulo de ajuste local. Si cada cuchilla de rotor individual es desplazada de manera adecuada en su ángulo de cuchilla de rotor, lo que también se denomina en general "pasada", como lo muestra la curva del ángulo de compensación de cuchilla 22, entonces se puede compensar la fluctuación del ángulo de ajuste. De este modo se obtiene para este radio del rotor un ángulo de ajuste ideal completamente uniforme en cada posición de la cuchilla rotativa, lo que representa la curva 24, la que muestra el ángulo de ajuste compensado. Por este medio se pueden reducir los esfuerzos y también el ruido. Mediante una distribución más uniforme como ésta del ángulo de ajuste y con ello del ataque de la cuchilla de rotor se puede introducir o "pasar" más fuertemente la cuchilla en el viento, de modo que se aumenta el rendimiento.

El diagrama de la Figura 3 muestra un ejemplo para una turbina eólica con compensación de la fluctuación del ángulo de ajuste a una velocidad del viento media a la altura del cubo 4 de aproximadamente 10 m/s y una velocidad de la punta de la cuchilla de vTip=78 m/s. El ángulo de ajuste local se refiere aquí a un radio de 35.5 m.

La Figura 4 muestra una posibilidad opcional o adicional para alcanzar una uniformidad del ángulo de ajuste local o ángulo de ataque del viento aparente. La Figura 4 muestra el ángulo de ajuste local 20 para una posición azimutal, en la cual la góndola 4 (de conformidad con la Figura 2) está orientada directamente hacia el viento. Esta curva también está identificada con la letra "a" y corresponde al ángulo de ajuste local 20 de la Figura 3.

También aquí se basa en una turbina eólica 1 y un perfil de altura del viento según la Figura 3. Como en la Figura 3 también aquí el ángulo de ajuste local 20 es llevado sobre el ángulo de rotación de la cuchilla de rotor, el cual está dibujado en la abscisa con valores de 0 a 360°.

A la derecha, junto al diagrama se encuentra una lcyenda para los datos azimutales de la turbina eólica, es decir de "a" a "i", en donde "a" describe el ángulo de ajuste local 20 para una posición azimutal, la que indica directamente hacia el viento y por consiguiente está desplazada con respecto a ésta en 0o. Se representan otros desarrollos del ángulo de ajuste local para desviaciones de la posición azimutal curva "b" hasta la curva "i". Aquí se muestra que la curva presente en total la mínima oscilación o fluctuación, es decir en la posición de las 12 horas hasta aproximadamente una posición de las 10 horas o una posición de las 2 horas. La curva "e" pertenece en este ejemplo a un desplazamiento de la posición azimutal. Así, se puede lograr por un simple desplazamiento del ángulo azimutal, en particular constante por una uniformidad significativa del ángulo de ajuste local, y con ello una uniformidad significativa de los esfuerzos en la en la cuchilla de rotor. Ventajoso es por lo tanto prever un ángulo desviado constante, es decir, un ángulo de corrección o compensación constante para la posición azimutal.

Por consiguiente se gira la góndola y con ello el eje del rotor de la turbina eólica en el sentido horario, visto desde arriba de la instalación, alrededor del ángulo azimutal, es decir en particular el ángulo de compensación azimutal. Los ángulos de ajuste locales en la cuchilla de rotor se uniformizan en su valor con respecto a la orientación de la góndola con el eje del rotor en la dirección del viento. La fluctuación del ángulo de ajuste loca se reduce claramente cuando entre el eje del rotor y la dirección del viento se produce una desviación en el ángulo azimutal .

También por esta medida se reducen los esfuerzos y el ruido. Cuando de este modo se uniformizan, como se describió, el ángulo de ajuste y la circulación de la cuchilla de rotores, la cuchilla puede ser introducida girando más fuertemente en el viento, de modo que se aumenta f el rendimiento.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (12)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Método para la operación de una turbina eólica con un rotor con cuchillas de rotor con un eje de rotación sustancialmente horizontal para la generación de energía eléctrica a partir de energía eólica, caracterizado porque - la turbina eólica es orientada de tal modo que la posición azimutal de la turbina eólica se desvía de una orientación hacia el viento en un ángulo de compensación azimutal, y/o - el ángulo de cuchilla de las cuchillas de rotor es desplazado en forma cíclicamente rotativa de tal modo que se reducen los esfuerzos variables condicionados por un perfil de altura del viento.

2. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la turbina eólica con respecto a una vista de la turbina eólica hacia el viento se desvía hacia la derecha de la orientación hacia el viento o en su posición azimutal con respecto a una vista desde arriba sobre la turbina eólica en el sentido horario se desvía de la orientación hacia el viento.

3. Método de conformidad con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado porque el ángulo de compensación azimutal es de 0.5 a 10°, preferentemente de 1 a 3.5°, en particular de 1.5 a 2.5° y/o porque el ángulo de compensación azimutal está previsto como ángulo de desviación constante, para desplazar a la turbina eólica siempre en este ángulo de compensación azimutal con respecto a una orientación en el viento.

4. Método de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el ángulo de compensación azimutal es elegido en función de la velocidad del viento imperante (V2).

5. Método de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque cada uno de los ángulos de la cuchilla es desplazado en forma cíclicamente rotativa de tal modo que en el sector de la punta de la cuchilla se mantiene un ángulo de ataque en lo posible constante.

6. Método de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el ángulo de la cuchilla de cada cuchilla de rotor es desplazado en función de su posición de rotación correspondiente en valores predeterminados, en donde en particular, los valores predeterminados fueron registrados en una tabla de antemano y/o fueron prefijados por una función dependiente de la posición de rotación.

7. Método de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el ángulo de la cuchilla de cada cuchilla de rotor es controlado individualmente y en función de la velocidad del viento imperante (V2), en particular, que es controlado en función de la velocidad del viento imperante (V2) y de la posición de rotación de la cuchilla de rotor correspondiente.

8. Método de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque durante el funcionamiento, se predetermina un ángulo de cuchilla de rotor normal común para todas las cuchillas de rotor y cada cuchilla de rotor individual, en función de su posición de rotación, varía alrededor de este ángulo de cuchilla de rotor normal, en particular dentro de un intervalo del ángulo de la cuchilla predeterminado.

9. Método de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la turbina eólica funciona en un punto del perfil de funcionamiento que se aparte del punto de funcionamiento normal, en donde - el punto de funcionamiento normal, en particular en el sector de esfuerzo parcial, presenta un ángulo de cuchilla normal diseñado para el viento imperante, pero sin considerar un perfil del viento y prevé una orientación normal de la posición azimutal en el viento Y - el punto del perfil de funcionamiento prevé una posición de perfil azimutal que se desvía de la orientación normal en el ángulo de compensación azimutal y presenta un perfil del ángulo de cuchilla que se desvía del ángulo de cuchilla normal en un ángulo de compensación de cuchilla.

10. Método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque se elige un primer perfil de funcionamiento, en el cual ángulo de compensación de cuchilla está orientado contra el ángulo de compensación azimutal con respecto a una posición de las 12 horas de la cuchilla de rotor correspondiente, o porque - se elige un segundo perfil de funcionamiento, en el cual el ángulo de compensación de cuchilla y el ángulo de compensación azimutal desplazan la cuchilla de rotor con respecto a una posición de las 12 horas de la cuchilla de rotor correspondiente en la misma dirección.

11. Método de conformidad con la reivindicación 9 ó 10, caracterizado porque entre el ángulo de compensación azimutal y el ángulo de compensación de cuchilla se realiza una ponderación de modo que el valor del ángulo de compensación azimutal es mayor en un factor de ponderación azimutal que el valor del ángulo de compensación de cuchillas, o el valor del ángulo de compensación de cuchilla es mayor en un factor de ponderación de cuchilla que el valor del ángulo de compensación azimutal, en donde el factor de ponderación azimutal y el factor de ponderación de cuchilla es en cada caso mayor que 1.2, preferentemente mayor que 1.5 y en particular mayor que 2.

12. Turbina eólica con un rotor con cuchillas de rotor con un eje de rotación sustancialmente horizontal para la generación de energía eléctrica a partir de energía eólica, caracterizada porque la turbina eólica está preparada para ser operada con un método de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes.